La migliore scienza - le domande che catturano e costringono qualsiasi essere umano - è avvolta nel mistero. Se così fosse stato, i due tipi di particelle si sarebbero annichiliti a vicenda, lasciando un universo permeato dall'energia.
Come attesta la nostra esistenza, ciò non è accaduto. In effetti, la natura sembra avere una parte su 10 miliardi di preferenze per la materia rispetto all'antimateria. È uno dei più grandi misteri della fisica moderna.
Ma il Large Hadron Collider sta lavorando sodo, spingendo letteralmente la materia al limite, per risolvere questo accattivante mistero. Questa settimana, il CERN ha creato un fascio di atomi di antiidrogeno, consentendo agli scienziati di effettuare misurazioni precise di questo antimateria inafferrabile per la prima volta.
Le antiparticelle sono identiche alle particelle di materia ad eccezione del segno della loro carica elettrica. Quindi, mentre l'idrogeno è costituito da un protone caricato positivamente in orbita da un elettrone caricato negativamente, l'antiidrogeno è costituito da un antiprotone caricato negativamente in orbita da un antielettrone caricato positivamente, o un positrone
Mentre l'antimateria primordiale non è mai stata osservata nell'universo, è possibile creare antiidrogeno in un acceleratore di particelle mescolando positroni e antiprotoni a bassa energia.
Nel 2010, il team ALPHA ha catturato e trattenuto atomi di antiidrogeno per la prima volta. Ora il team ha creato con successo un fascio di particelle di antiidrogeno. In un articolo pubblicato questa settimana su Nature Communications, il team ALPHA riporta il rilevamento di 80 atomi di antiidrogeno a 2,7 metri a valle della loro produzione.
"Questa è la prima volta che siamo stati in grado di studiare l'antiidrogeno con una certa precisione", ha dichiarato il portavoce dell'ALPHA Jeffrey Hangst in un comunicato stampa. "Siamo ottimisti sul fatto che la tecnica di cattura di ALPHA fornirà molte di queste intuizioni in futuro".
Una delle sfide principali è mantenere l'antiidrogeno lontano dalla materia ordinaria, in modo che i due non si annichilino a vicenda. Per fare ciò, la maggior parte degli esperimenti utilizza campi magnetici per intrappolare gli atomi di antiidrogeno abbastanza a lungo da studiarli.
Tuttavia, i forti campi magnetici degradano le proprietà spettroscopiche degli atomi di antiidrogeno, quindi il team ALPHA ha dovuto sviluppare un set-up innovativo per trasferire gli atomi di antiidrogeno in una regione dove potevano essere studiati, lontano dal forte campo magnetico.
Per misurare la carica di antiidrogeno, il team ALPHA ha studiato le traiettorie di atomi di antiidrogeno rilasciati dalla trappola in presenza di un campo elettrico. Se gli atomi di antiidrogeno avessero una carica elettrica, il campo li avrebbe deviati, mentre gli atomi neutri non sarebbero stati riflessi.
Il risultato, basato su 386 eventi registrati, fornisce un valore della carica elettrica antiidrogeno a -1,3 x 10-8. In altre parole, la sua carica è compatibile con zero o otto cifre decimali. Sebbene questo risultato non sorprenda, dal momento che gli atomi di idrogeno sono elettricamente neutri, è la prima volta che la carica di un antiatom è stata misurata con una precisione così elevata.
In futuro, qualsiasi differenza rilevabile tra materia e antimateria potrebbe aiutare a risolvere uno dei più grandi misteri della fisica moderna, aprendo una finestra su un nuovo regno della scienza.
L'articolo è stato pubblicato su Nature Communications.
